Подробное решение параграф § 22 по биологии для учащихся 11 класса, авторов А.В. Теремов, Р.А. Петросова Углубленный уровень 2017
Вопрос. Вспомните, чем отличаются друг от друга прокариотные и эукариотные клетки, автотрофные и гетеротрофные организмы.
Ответ. Эукариотические клетки от прокариотических отличаются тем, что имеют настоящее оформленное ядро, в то время как ядерный материал прокариот располагается непосредственно в цитоплазме. Автотрофы – организмы, которые сами производят органические вещества в процессе фотосинтеза или хемосинтеза, гетеротрофы – организмы, потребляющие готовые органические вещества.
Вопрос 1. Чем первые настоящие клетки отличались от пробионтов?
Ответ. Первые настоящие клетки содержали клеточную мембрану, пробионты оболочку, которая впоследствии превратилась в первичную мембрану. Питание первых настоящих клеток было автотрофным и гетеротрофным, у пробионтов только гетеротрофное. Первые клетки содержали ДНК и РНК, тогда как пробионты только РНК
Вопрос 2. Какие ароморфозы произошли в эволюции метаболизма у первых клеток?
Ответ. Крупнейший ароморфоз в развитии жизни на Земле связан с появлением фотосинтеза. Скорее всего первыми фотосинтезирующими организмами были анаэробные бактерии, способные к азотфиксации. Источником энергии им служило Солнце, а источником протонов для восстановления углекислого газа до органических соединений являлся сероводород (такой фотосинтез называют аноксигенным, т. е. бескислородным). Лишь потом организмы, похожие на современные цианобактерии, освоили фотосинтез, в котором источником протонов была вода и в качестве побочного продукта выделялся кислород. Второй ароморфоз – переход к аэробному дыханию. Третий – выход организмов на сушу.
Вопрос 3. Какое значение для развития жизни на Земле имело возникновение фотосинтеза?
Ответ. В ходе эволюции процесс фотосинтеза постепенно усложнялся. Это привело к трём очень важным последствиям, обеспечившим дальнейшее развитие жизни на Земле. Во-первых, стали создаваться запасы органических веществ, необходимые для питания гетеротрофных организмов. Как следствие, возникло множество гетеротрофов.
Во-вторых, в результате фотосинтеза на Земле появился кислород, существенно изменивший условия жизни. Образовались организмы, первоначально способные лишь к простому выживанию в присутствии кислорода. По мере накопления его в атмосфере Земли создались предпосылки для появления клеток с аэробным дыханием, которое энергетически в 19 раз эффективнее, чем брожение. Таким образом, наряду с анаэробным метаболизмом организмы освоили аэробный способ извлечения энергии. В-третьих, кислород в верхних слоях атмосферы сформировал озоновый экран, защитивший поверхность Земли от губительных ультрафиолетовых лучей и создавший условия для выхода организмов из воды на сушу.
Вопрос 4. Какие ароморфозы произошли в эволюции первых одноклеточных организмов?
Ответ. Главнейшие ароморфозы:
1. Функции РНК перешли к молекулам ДНК, так как двухцепочечная структура стабильнее, чем одноцепочечная, и может копироваться с большей точностью. РНК стала выполнять роль посредника между молекулами ДНК и белками в процессе реализации клеткой генетической информации.
2. Появление автотрофного способа питания.
2. Генетический аппарат был обособлен от цитоплазмы и упакован в двойную мембрану. Так сформировалось ядро и возросла устойчивость генетического аппарата клетки. Т.е. появление эукариот.
3. С появлением ядра усовершенствовался биосинтез белка, развились внутриклеточные мембранные структуры (ЭПС, аппарат Гольджи, лисозомы и др.), характерные для клеток эукариот.
4. Появление митохондрий.
Вопрос 5. Охарактеризуйте гипотезы происхождения эукариотных организмов. Какая из гипотез считается более обоснованной? Объясните почему.
Ответ. 1. Гипотеза мембраногенеза, предполагает, что эукариотная клетка возникла из прокариотной путём впячивания её плазмалеммы и образования внутриклеточных мембранных органоидов. В пользу этой гипотезы свидетельствуют данные о двойном строении мембраны ядра, митохондрий и хлоропластов.
2. Симбиотическая гипотезы (гипотеза симбиогенеза). Согласно ей эукариотная клетка возникла в результате нескольких актов симбиоза первичных прокариотных организмов. Одна группа анаэробных гетеротрофных пробионтов вступила в симбиоз с аэробными гететрофными бактериями, и таким образом появились эукариотные клетки, у которых роль энергетических органоидов выполняли митохондрии. Другая группа анаэробных гетеротрофных пробионтов объединилась не только с аэробными гетеротрофными бактериями, но и с первичными фотосинтезирующими цианобактериями. От неё впоследствии образовались эукариотные клетки, у которых роль энергетических органоидов стали выполнять митохондрии и хлоропласты.
Гипотеза симбиогенеза считается более обоснованной. В пользу этой гипотезы также свидетельствует внешнее сходство митохондрий и хлоропластов со свободноживущими бактериями, наличие в этих органоидах собственных ДНК, РНК, рибосом и способность их к полуавтономному существованию внутри клетки.
Вопрос 6. В живом мире наиболее чёткая грань проходит не между растениями и животными, а между прокариотами и эукариотами. Объясните почему.
Ответ. В живом мире наибольшие различия существуют не между растениями, грибами и животными, а между организмами, обладающими ядром (эукариоты) и не имеющими его (прокариоты), к последним обычно относят низшие организмы – бактерии. Все эти одноклеточные и многоклеточные организмы, сходны между собой и имеют общий план строения своих клеток. Различие между прокариотами и эукариотами заключается еще и в том, что первые могут жить как в бескислородной среде (анаэробы), так и в среде с разным содержанием кислорода (аэробы), в то время как для эукариотов, за немногими исключениями, обязателен кислород. Сравнение прокариот и эукариот по потребности в кислороде приводит к заключению, что прокариоты возникли в период, когда содержание кислорода в среде изменилось. Ко времени же появления эукариот концентрация кислорода была высокой и относительно постоянной.